被動(dòng)毫米波目標(biāo)探測(cè)技術(shù)研究

指導(dǎo)教師：安曉紅被動(dòng)毫米波目標(biāo)探測(cè)技術(shù)研究班級(jí)：學(xué)生：學(xué)號(hào)：機(jī)電控制工程系2011屆畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯背景：毫米波(MillimeterWave)通常是指波長(zhǎng)10mm至1mm，相應(yīng)的頻率30GHz至300GHz的電磁波。其低端與厘米波相鄰，具有厘米波的全天候特點(diǎn)，高端鄰接紅外波段，具有紅外波的高分辨率特點(diǎn)，毫米波制導(dǎo)技術(shù)兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的特點(diǎn)，對(duì)煙霧具有良好的穿透性。與微波相比，毫米波具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、低仰角性能好以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。非常適合工作于復(fù)雜的環(huán)境下。意義：發(fā)展我國(guó)的國(guó)防事業(yè)，研制出自己的高技術(shù)兵器，提高我國(guó)的毫米波精確制導(dǎo)技術(shù)水平，它是既具有常規(guī)炮彈間瞄射擊的優(yōu)點(diǎn)，又能對(duì)目標(biāo)自動(dòng)探測(cè)、識(shí)別，并實(shí)施攻擊的智能炮彈，被譽(yù)為反坦克武器“新星”。帶有毫米波探測(cè)器的末敏子彈一旦研究成功，將對(duì)我國(guó)常規(guī)兵器的改造有著重要的意義。1、系統(tǒng)的背景及意義論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容第一部分：對(duì)3mm毫米波輻射計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。計(jì)算分析了3mm毫米波輻射計(jì)系統(tǒng)對(duì)裝甲目標(biāo)及對(duì)地的作用距離。分析結(jié)果證明探測(cè)裝甲目標(biāo)或者金屬目標(biāo)時(shí)，毫米波輻射計(jì)輸出的信噪比均能滿足要求

第二部分：在3mm波段脈沖毫米波輻射計(jì)系統(tǒng)中各組成部分包括：天線、混頻器、中頻放大器、檢波器、視頻放大器、隔離器、本機(jī)振蕩器、發(fā)射源、調(diào)制器、測(cè)距電路和測(cè)距輸出，對(duì)中頻放大器、視頻放大器部分進(jìn)行分析，并且對(duì)所要滿足的信噪比設(shè)計(jì)要求進(jìn)行論證

第三部分:總結(jié)論文的設(shè)計(jì)和研究，并指出有待改善的方面，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)提供理論依據(jù)。

2、毫米波被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)一、毫米波近炸引信知識(shí)二、毫米波輻射計(jì)作用原理一、毫米波近炸引信在設(shè)計(jì)毫米波近感裝置時(shí)，一般應(yīng)選擇合適的大氣窗口。由于近感裝置作用距離很近，一般為幾米至幾十米，特別對(duì)于幾十米以下的近距離探測(cè)，當(dāng)采用主動(dòng)毫米波雷達(dá)時(shí)，可選擇非大氣窗口的頻率。在這些特定頻率下，抗干擾能力可大大提高。對(duì)于被動(dòng)式毫米波輻射計(jì)，如果專門測(cè)量某氣體的溫度或含量，可以選擇非大氣窗口。但是，對(duì)于一些探測(cè)金屬目標(biāo)的近程輻射計(jì)，選擇非大氣窗口將使目標(biāo)和目標(biāo)的對(duì)比度大大下降，給檢測(cè)金屬目標(biāo)的存在帶來(lái)很大困難，因此選擇了大氣窗口為3mm敏感器范圍內(nèi)的毫米波近程探測(cè)。毫米波與激光和紅外相比，雖然它沒(méi)有后者的分辨力高，但它具有穿透煙、灰塵和霧的能力，可全天候工作。毫米波引信的缺點(diǎn)主要是受大氣衰減和吸收的影響大，目前作用距離大多限于數(shù)十公里之內(nèi)。另外，與微波引信相比，目前毫米波引信的元器件批量生產(chǎn)成品率低，加上許多器件在毫米波頻段均需涂金或涂銀，因而器件的成本較高。CompanyLogo二、毫米波輻射計(jì)作用原理毫米波輻射計(jì)利用地面目標(biāo)與背景之間毫米波輻射的差異來(lái)探測(cè)及識(shí)別目標(biāo)。毫米波輻射計(jì)實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)高靈敏度接收機(jī)，用于接收目標(biāo)與背景的毫米波輻射能量。當(dāng)輻射計(jì)天線波束在地面背景與目標(biāo)之間掃描時(shí)，由于目標(biāo)與背景（地面）之間的毫米波輻射溫度不同，輻射計(jì)輸出一個(gè)脈沖，利用此脈沖的高度、寬度等特征量，可識(shí)別地面目標(biāo)的存在。若采用高分辨率或成像輻射計(jì)時(shí)，輻射計(jì)輸出信號(hào)不但反映目標(biāo)與背景之間的對(duì)比度，而且還可以獲得二維的目標(biāo)尺寸的特征及目標(biāo)圖像。發(fā)射源發(fā)射毫米波脈沖調(diào)制信號(hào)，經(jīng)環(huán)流器及天線向目標(biāo)發(fā)射，回波經(jīng)環(huán)流器進(jìn)入混頻器，在混頻器中，本振信號(hào)與回波信號(hào)進(jìn)行混頻，差頻輸出經(jīng)中頻放大器放大后送入檢波器。檢波信號(hào)經(jīng)視頻放大器放大。放大信號(hào)通過(guò)測(cè)距電路測(cè)出毫米波輻射計(jì)與目標(biāo)之間的距離

二、毫米波輻射計(jì)作用原理CompanyLogo發(fā)射源發(fā)射毫米波脈沖調(diào)制信號(hào)，經(jīng)環(huán)流器及天線向目標(biāo)發(fā)射，回波經(jīng)環(huán)流器進(jìn)入混頻器，在混頻器中，本振信號(hào)與回波信號(hào)進(jìn)行混頻，差頻輸出經(jīng)中頻放大器放大后送入檢波器。檢波信號(hào)經(jīng)視頻放大器放大。放大信號(hào)通過(guò)測(cè)距電路測(cè)出毫米波輻射計(jì)與目標(biāo)之間的距離

混頻器中頻放大器檢波器視頻放大器發(fā)射源隔離器隔離器本機(jī)振蕩器調(diào)制器測(cè)距電路測(cè)距輸出二、毫米波輻射計(jì)作用原理CompanyLogo輻射計(jì)信噪比與距離的關(guān)系：地面目標(biāo)和天線波束在地面上投影之比：二、毫米波輻射計(jì)作用原理地面和金屬目標(biāo)的對(duì)比度為目標(biāo)輻射探測(cè)原理：

對(duì)于理想導(dǎo)體的光滑表面，如汽車、坦克、金屬導(dǎo)體，其反射率接近1金屬目標(biāo)和地面之間有較高的溫度對(duì)比度，因此，溫度差就能判斷地面金屬目標(biāo)（坦克、裝甲）3、3mm波段脈沖毫米波輻射計(jì)系統(tǒng)方案及作用原理一、3mm毫米波輻射計(jì)信噪比分析計(jì)算二、3mm脈沖毫米波輻射計(jì)天線的選擇三、3mm混頻器集成前端的選擇四、3mm脈沖振蕩源的的選擇五、3mm體效應(yīng)本機(jī)振蕩器的選擇六、視頻放大器設(shè)計(jì)七、平方律檢波八、中頻放大器3、3mm波段脈沖毫米波輻射計(jì)系統(tǒng)方案及作用原理毫米波輻射計(jì)檢波器混頻器隔離器調(diào)制器中頻放大器視頻放大器毫米波輻射計(jì)

一、3mm毫米波輻射計(jì)信噪比分析計(jì)算當(dāng)d=0.20m,R=60m時(shí)

二、3mm脈沖毫米波輻射計(jì)天線的選擇毫米波天線的選擇：

縫隙天線：線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度好、特別適用作為各種彈丸上的嵌裝式天線

喇叭天線：通常用作反射天線和透鏡天線的饋源，或作為陣列天線的單元輻射器。具有頻帶寬、副瓣電平低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)

微帶天線：體積小、重量輕、成本低、與毫米波集成電路的兼容性好；具有多頻帶、多極化工作的特點(diǎn)

漏波天線:波束窄、易于和輸入輸出匹配，還具有電掃特性。

四、3mm脈沖振蕩源的的選擇振蕩源：毫米波固態(tài)源實(shí)際上是一種換能器，把直流功率變換為毫米波輻射計(jì)功率，利用器件固有的非線性特性與器件中的電流作用來(lái)產(chǎn)生毫米波振蕩

脈沖調(diào)制器：毫米脈沖調(diào)制器必須提供穩(wěn)定性高、上升時(shí)間快且起伏很小的電流脈沖，還必須提供適當(dāng)?shù)碾娏餍逼抡{(diào)節(jié)，最好具有對(duì)電流脈沖局部小段上的電流大小和斜率的控制

隔離器：幾乎所有的毫米波系統(tǒng)中都會(huì)在天線與接收機(jī)之間加隔離器，以減小本振通過(guò)天線的泄漏、減小由于負(fù)載阻抗變化對(duì)振蕩功率和頻率的影響

脈沖振蕩器3mm可變衰減器隔離器頻率器調(diào)制器示波器檢波器定向耦合器六、視頻放大器的設(shè)計(jì)

五、3mm體效應(yīng)本機(jī)振蕩器的選擇在低噪聲接收機(jī)前端的本地振蕩器的應(yīng)用中，工程師仍然優(yōu)先選用Gunn二極管，這主要是它具有低的調(diào)幅噪聲特性。并且，Gunn器件可調(diào)頻率范圍寬、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，在脈沖工作時(shí)激發(fā)快，并且具有很高的穩(wěn)定性

六、視頻放大器的設(shè)計(jì)：l、根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求確定視頻放大器的級(jí)數(shù)。2、將總增益和總帶寬向各級(jí)分配，確定每級(jí)的增益和帶寬。3、選擇電路型式，包括確定禍合方式、接地方式、反饋方式、補(bǔ)償方式、輸出方式、電源濾波方式等。4、選擇晶體管，確定合適的工作點(diǎn)。5、畫出電路原理圖，計(jì)算電路元件。6、根據(jù)所得電路參數(shù)作理論分析，從理論上驗(yàn)證放大器方案的可行性和合理性。

六、視頻放大器的設(shè)計(jì)視頻放大器由兩級(jí)級(jí)聯(lián)構(gòu)成。第一級(jí)是低噪聲寬帶放大器X362，提供約45dB增益；第二級(jí)是大動(dòng)態(tài)功率場(chǎng)效應(yīng)管DX3811構(gòu)成的大動(dòng)態(tài)放大電路，提供約15dB增益。該集成視放的特點(diǎn)，可靠性高、體積小、電路簡(jiǎn)單

視頻放大器原理圖六、視頻放大器的設(shè)計(jì)AU3==

(3——9)式中RE3=[R6+(R7‖C8)‖C9

共射放大電路交流小信號(hào)等效電路

六、平方律檢波

微波輻射計(jì)接收的是目標(biāo)的熱發(fā)射，其功率一般遠(yuǎn)小于接收機(jī)的噪聲功率，因此，接收機(jī)通道(檢波之前)通常不會(huì)引入非線性。目標(biāo)的熱發(fā)射特性是由亮溫(功率)來(lái)表征，所以要采用平方律檢波器，即檢波器的輸出電壓與輸入功率(溫度)成線性關(guān)系。因此，微波輻射計(jì)的非線性主要由檢波器決定

七、中頻放大器中頻放大器增益的選擇應(yīng)該考慮以下兩個(gè)條：Ⅰ、放大器輸出功率應(yīng)小于平方律檢波器保證